Bedeutung des Faches Chemie

„Chemie ist, wenn es knallt und stinkt!“ Häufig kommen die Schülerinnen und Schüler (SuS) mit dieser Vorstellung zu Beginn der Jahrgangsstufe 7 in den Chemieunterricht. In den Medien sowie der breiten Öffentlichkeit wird mit Chemie eher all das verbunden, was unnatürlich, giftig, ätzend und somit gefährlich für den Menschen und/oder die Umwelt ist. Insbesondere dann, wenn Schlagwörter wie „Ozonloch“ oder „Treibhauseffekt“ genannt werden oder Chemieunfälle passieren, wie z. B. die Schiffshavarie des Schwefelsäuretankers auf dem Rhein im Januar 2011, treten diese negativen Aspekte in den Vordergrund. Dies ist ein Grund dafür, dass kaum eine andere Naturwissenschaft so umstritten ist wie die Chemie. Ein weiterer Grund liegt aber auch in dem Unverständnis der Chemie seitens großer Teile der Bevölkerung. Daher ist es wichtig, dass die SuS grundlegende chemische Fachkenntnisse erlangen, so dass sie in der Lage sind Beeinträchtigungen des Menschen oder der Umwelt zu korrigieren, zu vermeiden oder zu vermindern.

Chemie ist aber auch, wenn Pflanzen durch ihre Photosynthese Kohlenstoffdioxid abbauen und dadurch Zucker und Sauerstoff produzieren, wenn Kuchen gebacken oder Fleisch gebraten wird, wenn aus Erdöl Arzneimittel, Duft-, Kleb- oder Kunststoffe entstehen, oder wenn …

Dies alles sind chemische Vorgänge (Reaktionen), die die Naturwissenschaft Chemie erklären möchte. Davon ausgehend lautet deshalb die Definition der Chemiker:

„Chemie ist die Lehre von den Stoffen, deren Eigenschaften, Aufbau und Veränderungen.“

Abbildung 1 aus Chemie heute SI, Schroedel-Verlag, 2010

Im Chemieunterricht werden Grundlagen vermittelt, damit wir u. a. die oben beschriebenen Vorgänge erst experimentell untersuchen und darauf basierend erklären können. Dabei vollziehen wir den Weg der Erkenntnisgewinnung, den andere Chemikerinnen und Chemiker vor uns gegangen sind, nach. Die Alltagserfahrungen der SuS werden dabei mit einbezogen und aus der Sicht der Chemie gedeutet und erklärt. Diese chemische Grundbildung bezieht sich auf die drei folgenden wesentlichen Basiskonzepte, die das Fachwissen der Chemie strukturieren: Materie, Chemische Reaktion und Energie. Am Beispiel einer Kerzenflamme wird in der nebenstehenden Abbildung deutlich, wie komplexe chemische Vorgänge aus der Perspektive des jeweiligen Basiskonzepts betrachtet werden.

Inhaltlicher Überblick über die Inhalte des Chemieunterrichts der Mittel- und Oberstufe

Klasse 7

In ersten kleinen Experimenten untersuchen die SuS die Eigenschaften von Stoffen. Dies erfolgt im Rahmen der Unterrichtsreihen „Wir untersuchen Lebensmittel“ sowie „Lebensmittel – alles gut gemischt“ auf der Basis von alltäglichen, bekannten Stoffen. Erst in der daran anschließenden Reihe „Kochen, Braten, Backen – Vorgänge in der Küche“ werden erste chemische Reaktionen durchgeführt, bei denen neue Stoffe entstehen, die auch andere Eigenschaften aufweisen. In den folgenden Unterrichtsreihen „Feuer und Flamme“, „Feuer – bekämpft und genutzt“ sowie „Verbrannt – aber nicht vernichtet“ steht die Verbrennung als Reaktion mit Sauerstoff im Vordergrund.

Klasse 8

Im Übergang zur 8. Klasse wird die letzte Reihe der Klasse 7 fortgesetzt. Hier untersuchen die SuS die Massenänderung bei der Verbrennung und lernen das Atommodell von Dalton kennen. Mit dieser Reihe eng verknüpft ist der nachhaltige Umgang mit Ressourcen wie z. B. Luft, wobei die SuS hier lernen, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung einhergeht mit der Entstehung von Luftschadstoffen. Mit dem Thema „Aus Rohstoffen werden Gebrauchsgegenstände“ werden die Metalle Kupfer und Eisen sowie deren Gewinnung thematisiert. Im weiteren Unterricht erforschen die SuS Reaktionsmöglichkeiten ausgesuchter Elemente wie Natrium, Calcium, Chlor, etc. und können beispielsweise erklären, wie Kochsalz (Natriumchlorid) hergestellt werden kann. Dabei erfahren sie auch, dass einige Elemente große Ähnlichkeiten zueinander aufweisen, und dass darauf das Aufbauprinzip des Periodensystems beruht.

Klasse 9

In der Reihe „Die Welt der Mineralien“ erlernen die SuS, dass Salze auf Ionenbindungen basieren. Die Zeichensprache der Chemie mit Formeln wird eingeführt und mit Hilfe geeigneter Experimente können solche Formeln wie z. B. H2O, CO2 oder NaCl hergeleitet werden. Im weiteren Verlauf wird das Wasser mit seinen besonderen Eigenschaften erforscht und die SuS erfahren, dass diese auf der besonderen Anordnung der Atome sowie auf Wechselwirkungen zwischen den Molekülen resultieren. Als weitere wichtige Stoffklassen werden Säuren und Laugen sowie deren Anwendungen im Alltag und der Industrie dargestellt. Zum Abschluss des Chemieunterrichts der Mittelstufe werden einfache Kohlenwasserstoffverbindungen aus dem Bereich der „Organischen Chemie“ thematisiert. Gegenstand des Unterrichts ist hier, dass Erdöl nicht nur ein fossiler Energieträger ist, sondern dass daraus wichtige Stoffklassen wie die der Aldehyde, Alkohole, Carbonsäuren, etc. als Grundlage für die Synthese beispielsweise von Arzneimitteln, Aroma- oder Kunststoffen hergestellt werden.

Oberstufe

Im Chemieunterricht der Oberstufe wird die Reihe „Vom Erdöl zum Anwendungsprodukt“ aus der Mittelstufe fortgesetzt und vertieft. Im Themenbaustein „Stoffkreisläufe“ werden Reaktionsgeschwindigkeit, chemische Gleichgewichte sowie mit der Ammoniaksynthese eine großtechnische Anwendung dieser Inhalte thematisiert. Die Reihe „Vom Rost zur Brennstoffzelle“ verdeutlicht, wie aus chemischen Reaktionen elektrische Energie gewonnen wird (Batterien, Akkumulatoren) oder wie mit Hilfe von elektrischer Energie Stoffe industriell hergestellt werden (Chlor-Alkali-Elektrolyse). Ausgehend von den organischen Stoffklassen werden ebenfalls aromatische Verbindungen und Farbstoffe behandelt und in diesem Kontext die Frage untersucht, welcher Zusammenhang zwischen der Farbe eines Stoffes und dessen Struktur besteht. Dieses Thema ist ein Bestandteil der „Angewandten Chemie“, wozu aber auch die Themen „Komplex-Verbindungen – Waschmittel“ oder „Kunststoffe“ zuzuordnen sind.

Aus diesem inhaltlichen Überblick kann abschließend folgendes Fazit gezogen werden:

„Chemie ist Leben – Leben ist Chemie“

Einen detaillierteren Überblick über die Unterrichtsinhalte des Faches Chemie liefern die Schulcurricula der Sekundarstufe I und II.

Anmerkungen zur Fachraumausstattung

Wie die oben dargestellten Ausführungen bereits verdeutlichen, nimmt das Experiment im Chemieunterricht eine zentrale Stellung ein. Für uns ist es wichtig, dass die Experimente als Schülerversuche durchgeführt werden, wenn die Sicherheitsaspekte und Materialausstattung dies zulassen. Derzeit ist dies bedingt durch den Brand im Januar 2011 und die daran anschließenden Sanierungs- und Umbauarbeiten fast nicht möglich. Experimente können aktuell nur als Lehrerdemonstrationsversuche vorgeführt oder digital präsentiert werden. Die Fachschaft Chemie freut sich daher sehr, wenn im kommenden Schulhalbjahr die neu eingerichteten Fachräume bezogen werden können.

Lehrwerke

In der Mittelstufe verwenden wir das Lehrwerk „Chemie heute“ vom Schroedel Verlag.

In der Oberstufe wird mit dem Lehrwerk „Stoff – Formel – Umwelt“ vom Buchner-Verlag gearbeitet.